JP7479348B2 - 光ファイバにおける端部構造および半導体レーザモジュール - Google Patents

光ファイバにおける端部構造および半導体レーザモジュール Download PDF

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Description

本発明は、光ファイバにおける端部構造および半導体レーザモジュールに関する。
複数の半導体レーザ素子のそれぞれから出力されたレーザ光をマルチモード光ファイバの一方の端面に集光させて入力し、他方の端面から出力させる構成が開示されている（特許文献１参照）。当該他方の端面には、直方体のガラス部材が融着されている。このようなガラス部材はエンドキャップとも呼ばれる。エンドキャップは、出力するレーザ光の、ガラスと空気との界面におけるパワー密度を低減する機能を有する。
一方、加工や溶接といった産業分野においても、半導体レーザモジュールが用いられている。半導体レーザモジュールにおいて、複数の半導体レーザ素子から出力されたレーザ光を光ファイバの一方の端面に集光させて入力し、光ファイバを伝搬させる構成が開示されている（特許文献２参照）。
特開２００４－１２８０５８号公報 国際公開第２０１５／０３７７２５号
レーザ光を入力する光ファイバの端面にエンドキャップを設け、ガラスと空気との界面におけるレーザ光のパワー密度を、レーザ光を直接的に光ファイバの端面に入力する場合の界面におけるパワー密度よりも低減し、光ファイバの端面の損傷の発生を抑制する技術が考えられる。しかしながら、この場合、エンドキャップに入力された光のうち前記光ファイバに結合しなかった非結合光が存在する場合がある。このような非結合光は、他の部材に到達すると、該部材を損傷させる場合がある。たとえば、非結合光が、光ファイバを固定部材に固着する固着材に到達すると、固着材を損傷させる場合がある。また、非結合光が、光ファイバの被覆に到達すると、被覆を損傷させる場合がある。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、損傷の発生が抑制された光ファイバにおける端部構造および半導体レーザモジュールを提供することを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の一態様に係る光ファイバにおける端部構造は、コア部と、前記コア部の外周に形成されたクラッド部とを有する光ファイバと、前記光ファイバの端面に接合された、前記光ファイバの端面よりも面積が広い第１面と、前記第１面とは反対側に位置し、前記光ファイバの端面よりも面積が広い第２面とを有し、前記第２面から光が入力されるエンドキャップと、を備え、前記第１面のうち、前記光ファイバの端面が接合された領域の周囲の領域の少なくとも一部に、前記エンドキャップに入力された光のうち前記光ファイバに結合しなかった光を散乱または反射する光処理材が設けられていることを特徴とする。
本発明の一態様に係る光ファイバにおける端部構造は、前記光処理材は無機系接着剤、または光を反射する金属膜もしくは誘電体多層膜を含むことを特徴とする。
本発明の一態様に係る光ファイバにおける端部構造は、前記光処理材は前記光を散乱させる樹脂剤を含むことを特徴とする。
本発明の一態様に係る光ファイバにおける端部構造は、前記光ファイバの前記端面側の一部および前記エンドキャップの外周に配置され、少なくとも前記光ファイバを固定する光吸収体をさらに備えることを特徴とする。
本発明の一態様に係る光ファイバにおける端部構造は、前記光ファイバと前記エンドキャップとは融着接続されていることを特徴とする。
本発明の一態様に係る光ファイバにおける端部構造は、前記光ファイバは、前記クラッド部の長手方向における一部が太径化された太径部を有することを特徴とする。
本発明の一態様に係る半導体レーザモジュールは、前記光ファイバにおける端部構造と、レーザ光を出力する半導体レーザ素子と、前記レーザ光を集光して前記端部構造の前記エンドキャップの前記第２面に入力させる光学系と、を備えることを特徴とする。
本発明によれば、損傷の発生が抑制された光ファイバにおける端部構造および半導体レーザモジュールを実現できるという効果を奏する。
図１は、実施形態１に係る端部構造を備えた半導体レーザモジュールの模式的な平面図である。 図２は、実施形態１に係る端部構造の模式的な一部切欠図である。 図３は、端部構造における光の入力状態を説明する図である。 図４は、実施形態２に係る端部構造の模式的な一部切欠図である。 図５は、実施形態３に係る端部構造の模式的な一部切欠図である。
以下、添付図面を参照しながら、本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態により本発明が限定されるものではない。また、図面の記載において、同一または対応する要素には適宜同一の符号を付し、重複説明を適宜省略する。また、図面は模式的なものであり、各要素の寸法の関係、各要素の比率等は、現実と異なる場合があることに留意する必要がある。
（実施形態１）
図１は、実施形態１に係る光ファイバにおける端部構造を備えた半導体レーザモジュールの模式的な平面図である。なお、以下では、光ファイバにおける端部構造を、単に端部構造と記載する場合がある。
半導体レーザモジュール１００は、筐体であるパッケージ１０１と、パッケージ１０１の内部に順に積載されたＬＤ高さ調整板１０２と、サブマウント１０３－１～１０３－６と、６つの半導体レーザ素子１０４－１～１０４－６とを備える。パッケージ１０１は、蓋を備えるが、図１においては説明のために図示を省略している。半導体レーザモジュール１００は、半導体レーザ素子１０４－１～１０４－６に電流を注入するリードピン１０５を備える。そして、半導体レーザモジュール１００は、半導体レーザ素子１０４－１～１０４－６が出力するレーザ光の光路上に順に配置された光学素子である、第１レンズ１０６－１～１０６－６と、第２レンズ１０７－１～１０７－６と、ミラー１０８－１～１０８－６と、第３レンズ１０９と、光フィルタ１１０と、第４レンズ１１１とを備える。第１レンズ１０６－１～１０６－６、第２レンズ１０７－１～１０７－６、ミラー１０８－１～１０８－６、第３レンズ１０９、光フィルタ１１０、第４レンズ１１１は、それぞれパッケージ１０１の内部に固定されている。さらに、半導体レーザモジュール１００は、第４レンズ１１１の近傍に配置された端部構造１０を備える。端部構造１０は、光ファイバ１１を備える。光ファイバ１１の第４レンズ１１１側とは反対側の一端は、パッケージ１０１の外部に延伸している。
半導体レーザ素子１０４－１～１０４－６は、ＬＤ高さ調整板１０２によってパッケージ１０１の底面から互いに異なる高さに配置されている。さらに、第１レンズ１０６－１～１０６－６、第２レンズ１０７－１～１０７－６、ミラー１０８－１～１０８－６は、それぞれ対応する１つの半導体レーザ素子と同じ高さに配置されている。また、光ファイバ１１２のパッケージ１０１への挿入部には、ルースチューブ１１４が設けられ、ルースチューブ１１４の一部を覆うように、パッケージ１０１の一部にブーツ１１３が外嵌されている。
各半導体レーザ素子１０４－１～１０４－６は、リードピン１０５から電力を供給されてレーザ光を出力する。出力された各レーザ光は、それぞれ第１レンズ１０６－１～１０６－６および第２レンズ１０７－１～１０７－６によって、略平行光とされる。つぎに、各レーザ光は、対応する高さに配置された１つのミラー１０８－１～１０８－６によって、光ファイバ１１２の方向に反射される。そして、各レーザ光は、第３レンズ１０９および第４レンズ１１１によって集光される。すなわち、第１レンズ１０６－１～１０６－６、第２レンズ１０７－１～１０７－６、ミラー１０８－１～１０８－６、第３レンズ１０９および第４レンズ１１１は、各レーザ光を端部構造１０に入力させる光学系を構成している。
端部構造１０には、第４レンズ１１１によって集光された各レーザ光が入力される。光ファイバ１１は、入力された各レーザ光を導波し、半導体レーザモジュール１００の外部に出力する。
つぎに、半導体レーザモジュール１００の各構成要素についてより詳細に説明する。筐体であるパッケージ１０１は、内部の温度上昇を抑制するため、熱伝導性のよい材料からなることが好ましく、各種金属からなる金属部材であってよい。
ＬＤ高さ調整板１０２は、上述したように、パッケージ１０１内に固定されており、半導体レーザ素子１０４－１～１０４－６の高さを調節し、半導体レーザ素子１０４－１～１０４－６が出力するレーザ光の光路が互いに干渉しないようにしている。なお、ＬＤ高さ調整板１０２は、パッケージ１０１と一体として構成されていてもよい。
サブマウント１０３－１～１０３－６は、ＬＤ高さ調整板１０２上に固定されており、載置された半導体レーザ素子１０４－１～１０４－６の放熱を補助する。そのため、サブマウント１０３－１～１０３－６は、熱伝導性のよい材料からなることが好ましく、各種金属からなる金属部材であってよい。
半導体レーザ素子１０４－１～１０４－６は、出力されるレーザ光の光強度が、１Ｗ以上、さらには、１０Ｗ以上の高出力な半導体レーザ素子である。本実施形態において、半導体レーザ素子１０４－１～１０４－６の出力するレーザ光の光強度は、たとえば１１Ｗである。また、半導体レーザ素子１０４－１～１０４－６は、たとえば、９００ｎｍ～１０００ｎｍの波長のレーザ光を出力する。ただし、レーザ光の波長や強度は特に限定されない。なお、半導体レーザモジュール１００は６つの半導体レーザ素子１０４－１～１０４－６を備えているが、６つ以外の複数でもよく、１つでもよい。
リードピン１０５は、不図示のボンディングワイヤを介して半導体レーザ素子１０４－１～１０４－６に電力を供給する。供給する電力は、一定の電圧であってよいが、変調電圧であってもよい。
第１レンズ１０６－１～１０６－６は、たとえば焦点距離が０．３ｍｍのシリンドリカルレンズである。第１レンズ１０６－１～１０６－６は、対応する１つの半導体レーザ素子の出力光を鉛直方向に略平行光とする位置に配置される。
第２レンズ１０７－１～１０７－６は、たとえば焦点距離が５ｍｍのシリンドリカルレンズである。第２レンズ１０７－１～１０７－６は、半導体レーザ素子の出力光を水平方向に略平行光とする位置に配置される。
ミラー１０８－１～１０８－６は、各種の金属膜、または誘電体膜を備えるミラーであってよく、半導体レーザ素子１０４－１～１０４－６の出力するレーザ光の波長において、反射率が高いほど好ましい。また、ミラー１０８－１～１０８－６は、対応する１つの半導体レーザ素子のレーザ光を光ファイバ１１２に好適に結合するように、反射方向を微調整することができる。
第３レンズ１０９と第４レンズ１１１とは、たとえばそれぞれ焦点距離が１２ｍｍ、５ｍｍの互いに曲率が直交したシリンドリカルレンズであり、半導体レーザ素子１０４－１～１０４－６が出力したレーザ光を集光し、光ファイバ１１２に好適に結合する。第３レンズ１０９と第４レンズ１１１とは、たとえば半導体レーザ素子１０４－１～１０４－６が出力したレーザ光の光ファイバ１１２への結合効率が８５％以上となるように、光ファイバ１１２に対する位置が調整されている。
光フィルタ１１０は、たとえば波長１０６０ｎｍ～１０８０ｎｍの光を反射し、９００ｎｍ～１０００ｎｍの光を透過するローパスフィルタである。その結果、光フィルタ１１０は、半導体レーザ素子１０４－１～１０４－６が出力したレーザ光を透過するとともに、波長１０６０ｎｍ～１０８０ｎｍの光が半導体レーザ素子１０４－１～１０４－６に外部から照射されることを防止する。また、光フィルタ１１０は、光フィルタ１１０でわずかに反射された半導体レーザ素子１０４－１～１０４－６の出力レーザ光が半導体レーザ素子１０４－１～１０４－６に戻らないように、レーザ光の光軸に対して角度をつけて配置されている。光フィルタ１１０の通過波長として、１０６０ｎｍ～１０８０ｎｍとしたが、この波長に限定するものではない。また、光フィルタ１１０は必ずしも必要ではない。
ブーツ１１３は、光ファイバ１１２を挿通されており、光ファイバ１１の曲げによる損傷を防止する。ブーツ１１３は、金属製のブーツであってよいが、材料は特に限定されず、ゴムや各種の樹脂、プラスチックなどであってもよい。ただし、ブーツ１１３は必ずしも必要ではない。
ルースチューブ１１４は、光ファイバ１１を挿通されており、光ファイバ１１の曲げによる損傷を防止する。さらに、ルースチューブ１１４は、光ファイバ１１と固着され、その結果、光ファイバ１１に対して長手方向に引っ張る力が加えられた場合に、光ファイバ１１の位置がずれることを防止する構成であってもよい。ただし、ルースチューブ１１４は必ずしも必要ではない。
（端部構造の構成）
つぎに、端部構造１０の構成について具体的に説明する。図２は、端部構造１０の模式的な一部切欠図である。
端部構造１０は、光ファイバ１１と、エンドキャップ１２と、光吸収体１３と、固着材１４とを備えている。
光ファイバ１１は、石英ガラス系材料からなる光ファイバであって、コア部１１ａと、コア部１１ａの外周に形成されたクラッド部１１ｂと、クラッド部１１ｂの外周に形成された樹脂からなる被覆１１ｃとを有する。また、光ファイバ１１は、端面１１ｄを有する。被覆１１ｃは、端面１１ｄの近傍では除去されており、クラッド部１１ｂが露出している。光ファイバ１１は、コア部１１ａのコア径が１０５μｍ、クラッド部１１ｂのクラッド径が１２５μｍのマルチモード光ファイバであってよいが、シングルモード光ファイバであってもよい。光ファイバ１１のＮＡは、たとえば０．１５～０．２２である。
エンドキャップ１２は、円錐台形状の出力部１２ａと、円柱形状の入力部１２ｂとを備える。出力部１２ａは、その表面として、円錐台形状の上底面である円形状の底面１２ａａと、円錐台の側面である側面１２ａｂとを有する。エンドキャップ１２の底面１２ａａは光ファイバ１１の端面１１ｄと接合している。接合は、融着接続による接合でもよいし、底面１２ａａと端面１１ｄとが融着されずに単に当接した状態でもよい。底面１２ａａは第１面に相当し、端面１１ｄよりも面積が大きい。エンドキャップ１２の出力部１２ａは、底面１２ａａに向かって直径が縮径しているので、光ファイバ１１と融着接続がしやすい。
入力部１２ｂは、その表面として、円柱形状の一方の端面であり円環状の円環面１２ｂａと、円柱形状の側面である側面１２ｂｂと、円柱形状の他方の端面であり円形状の底面１２ｂｃとを有する。底面１２ｂｃは、底面１２ａａの反対側に位置する第２面に相当し、端面１１ｄよりも面積が大きい。
エンドキャップ１２の材料は、光ファイバ１１のコア部１１ａと同程度の屈折率を有する材料であることが好ましく、たとえば光ファイバ１１のコア部１１ａと同じ石英系ガラス材料であることが好ましい。
エンドキャップ１２は、底面１２ｂｃから、第４レンズ１１１で集光されたレーザ光Ｌ１が入力される。
光吸収体１３は、筒状の部材であって、光ファイバ１１の端面１１ｄ側の一部およびエンドキャップ１２の外周に配置されている。光吸収体１３は、光ファイバ１１が配置される挿通孔１３ａと、挿通孔１３ａと連通しており、エンドキャップ１２が配置される凹部１３ｂとを有する。光吸収体１３は、クラッド部１１ｂと固着材１４で固着される。光吸収体１３は、単一の筒状の部材で構成されていてもよいし、複数の部材を組み合わせて構成されていてもよい。また、光吸収体１３の形状については、外縁が挿通孔１３ａに垂直な断面においてたとえば円状や多角形状などであり、特に限定されない。また、挿通孔１３ａの断面形状についても円状や多角形状などであり、特に限定されない。外縁が多角形状で挿通孔１３ａが円状でもよい。
光吸収体１３は、レーザ光Ｌ１の波長において、光吸収性を有し、たとえばレーザ光Ｌ１の波長において、吸収率が３０％以上、好ましくは７０％以上である。その結果、光吸収体１３は、光ファイバ１１に入力したレーザ光Ｌ１のうち、クラッド部１１ｂから漏洩したレーザ光を吸収する。また、光吸収体１３は、光吸収により発生した熱を放熱するため、熱伝導性のよい材料からなることが好ましく、たとえばＣｕ、Ｎｉ、ステンレス鋼、またはＦｅを含む金属部材、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｔｉを含む金属、もしくはＣを含む表面メッキ層を備える部材、ＡｌＮ、もしくはＡｌ２Ｏ３を含むセラミック部材、またはＡｌＮ、もしくはＡｌ２Ｏ３を含む表面を覆うセラミック層を備える部材からなることが好ましい。また、光吸収体１３は、光吸収により発生した熱を放熱するため、パッケージ１０１に不図示の熱良導体を介して接続されていることが好ましい。熱良導体は、熱伝導率が０．５Ｗ／ｍＫ以上の材料からなることが好ましく、たとえばはんだや熱伝導性接着剤からなる。
固着材１４は、たとえばエポキシ樹脂、ウレタン系の樹脂などのＵＶ硬化樹脂からなる。固着材１４の屈折率は、２５℃において光ファイバ１１のクラッド部１１ｂの屈折率と等しい、またはそれよりも高いことが好ましく、半導体レーザモジュール１００の使用温度領域（たとえば、１５℃～１００℃）において、光ファイバ１１のクラッド部１１ｂの屈折率と等しい、またはそれよりも高いことがさらに好ましい。固着材１４の屈折率は、たとえばクラッド部１１ｂに対する比屈折率差が０％以上１０％以下である。また、固着材１４は、光ファイバ１１の長手方向に直交する方向における厚さが１μｍ以上８００μｍ以下とされていることが好ましい。なお、ＵＶ硬化樹脂は、例えば、フッ素を含有させることで低屈折率化でき、イオウを含有させることで高屈折率化できることが知られており、屈折率を高くする材料や、低くする材料の含有量を調整することで、屈折率を調整することができる。
つぎに、エンドキャップ１２のより具体的構成およびレーザ光Ｌ１の入力状態について、図３を参照して説明する。図３において、レーザ光Ｌ１ａ、Ｌ１ｂ、Ｌ１ｃはレーザ光Ｌ１の成分である。
エンドキャップ１２の底面１２ｂｃには、ＡＲ（Anti-Reflection）コーティング１２ｃが設けられている。これにより、レーザ光Ｌ１ａ、Ｌ１ｂ、Ｌ１ｃの底面１２ｂｃでの反射が抑制される。
エンドキャップ１２の底面１２ｂｃは、光ファイバ１１の端面１１ｄよりも面積が大きい。その結果、レーザ光Ｌ１が集光されて端部構造１０に入力する場合、光ファイバ１１の端面１１ｄに直接入力する場合よりも、エンドキャップ１２の底面１２ｂｃに入力する方が、界面におけるレーザ光Ｌ１のビームのパワー密度が小さい状態で入力する。その結果、レーザ光Ｌ１のパワーによるガラスの損傷の発生が抑制される。
また、エンドキャップ１２の側面１２ａｂ、円環面１２ｂａ、および、底面１２ａａのうち、光ファイバ１１の端面１１ｄが接合された領域の周囲にある円環状の領域には、光処理材１２ｄが設けられている。
レーザ光Ｌ１には、光ファイバ１１のコア部１１ａに結合してコア部１１ａを伝搬する成分であるレーザ光Ｌ１ａが含まれている。また、レーザ光Ｌ１には、光ファイバ１１のコア部１１ａに結合しないが、クラッド部１１ｂに結合してクラッドモードで伝搬する成分であるレーザ光Ｌ１ｂが含まれている。なお、クラッドモードで伝搬したレーザ光Ｌ１ｂは、長手方向において徐々に漏洩し、固着材１４を通過して光吸収体１３に吸収される。
さらに、レーザ光Ｌ１には、光ファイバ１１に結合しない成分、すなわち非結合光であるレーザ光Ｌ１ｃが含まれている。レーザ光Ｌ１ｃはたとえば底面１２ａａのうち、端面１１ｄが接合された領域の周囲にある円環状の領域に到達する。
光処理材１２ｄは、レーザ光Ｌ１ｃを散乱または反射する。その結果、レーザ光Ｌ１ｃが固着材１４や被覆１１ｃに到達することが抑制される、または散乱された光の場合、固着材１４や被覆１１ｃに到達しても光密度が低くなっているので、固着材１４や被覆１１ｃの損傷が抑制される。
光処理材１２ｄは、レーザ光Ｌ１ｃを散乱または反射するものであれば特に限定されない。たとえは、光処理材１２ｄは、誘電体多層膜や金属膜からなる高反射コーティングである。高反射コーティングの反射率は８０％以上が好ましく、９５％以上がさらに好ましい。
たとえは、光処理材１２ｄは、主成分として無機系接着剤を含む。また、光処理材１２ｄは、無機系接着剤からなるものでもよい。無機系接着剤は、たとえばケイ素系やアルミナ系のものであり、未硬化の状態で塗布した後に硬化させることで、セラミック状の膜となる。無機系接着剤は光を反射したり散乱したりする。無機系接着剤は耐熱性が高いので好ましい。また、無機系接着剤が有機溶剤を使用するものである場合、有機溶剤は、硬化の際に殆どが揮発する。
たとえは、光処理材１２ｄは、主成分としてレーザ光Ｌ１ｃを散乱させる樹脂剤を含む。また、光処理材１２ｄは、レーザ光Ｌ１ｃを散乱させる樹脂剤からなるものでもよい。このような樹脂としては、たとえばシリコーン系の熱伝導性コンパウンドを使用できる。このような熱伝導性コンパウンドは、たとえば窒化ホウ素をフィラーとして含み、フィラーによって光が散乱され、拡散する。このような熱伝導性コンパウンドは、たとえば窒化ホウ素をフィラーとして含むものであり、たとえば米国コメリクス社製Ｔ６４４である。また、光を散乱するフィラーは、窒化ホウ素に限られず、他の無機フィラーでもよい。
また、光処理材１２ｄが無機系接着剤や樹脂剤を含むものであれば、光ファイバ１１とエンドキャップ１２とを融着接続した後に、塗布して硬化させることによって光処理材１２ｄを容易かつ安価に形成することができる。また、光ファイバ１１との間に隙間ができないように光処理材１２ｄを設けることが容易にできる。
なお、本実施形態では、光処理材１２ｄは、エンドキャップ１２の側面１２ａｂ、円環面１２ｂａ、および、底面１２ａａのうち円環状の領域に設けられている。しかし、光処理材は、たとえば底面１２ａａのうち円環状の領域または該領域の一部のみに設けられていてもよいし、底面１２ａａのうち円環状の領域と、エンドキャップ１２の側面１２ａｂまたは側面１２ａｂの一部とに設けられていてもよい。
以上説明したように、端部構造１０では、固着材１４や被覆１１ｃの損傷が抑制される。
（実施形態２）
図４は、実施形態２に係る端部構造１０Ａの模式的な一部切欠図である。この端部構造１０Ａは、半導体レーザモジュール１００において端部構造１０に置き換えて使用することができる。
端部構造１０Ａは、光ファイバ１１と、エンドキャップ１２Ａと、光吸収体１３Ａと、固着材１４と、光処理材１２Ａｄを備えている。
エンドキャップ１２Ａは、図３に示すエンドキャップ１２の構成から、光処理材１２ｄを削除した構成を有する。光吸収体１３Ａは、図２に示す光吸収体１３の構成に、さらに注入孔１３ｃを設けた構成を有する。注入孔１３ｃは光吸収体１３の外周面から凹部１３ｂに連通するように形成されている。光吸収体１３Ａは、単一の筒状の部材で構成されていてもよいし、複数の部材を組み合わせて構成されていてもよい。固着材１４は、図２と同様に、光ファイバ１１のクラッド部１１ｂと光吸収体１３Ａとを固着している。
端部構造１０Ａでは、光吸収体１３Ａの凹部１３ｂに光処理材１２Ａｄが充填されている。これによって、エンドキャップ１２Ａの側面１２ａｂ、円環面１２ｂａ、および、底面１２ａａのうち光ファイバ１１の端面１１ｄが接合された領域の周囲にある円環状の領域に、光処理材１２Ａｄが設けられている。その結果、端部構造１０Ａでは、端部構造１０の場合と同様に、エンドキャップ１２Ａの底面１２ｂｃから入力されたレーザ光Ｌ１のうち、光ファイバ１１に結合しない非結合光を、光処理材１２Ａｄが散乱または反射する。その結果、固着材１４や被覆１１ｃの損傷が抑制される。
光処理材１２Ａｄは、たとえば主成分として無機系接着剤を含む、または非結合光を散乱させる樹脂剤を含むものであり、光処理材１２ｄと同様のものが使用できる。光処理材１２Ａｄは、未硬化の状態で注入孔１３ｃから注入した後に硬化させることで、凹部１３ｂに充填された状態とすることができる。
本実施形態においても、光処理材１２Ａｄは、たとえば底面１２ａａのうち円環状の領域または該領域の一部のみに設けられていてもよいし、底面１２ａａのうち円環状の領域と、エンドキャップ１２の側面１２ａｂまたは側面１２ａｂの一部とに設けられていてもよい。ただし、光処理材１２Ａｄが設けられる領域はこれらに限定されない。
（実施形態３）
図５は、実施形態２に係る端部構造１０Ｂの模式的な一部切欠図である。この端部構造１０Ａは、半導体レーザモジュール１００において端部構造１０に置き換えて使用することができる。
端部構造１０Ｂは、光ファイバ１１Ｂと、エンドキャップ１２と、光吸収体１３Ｂと、固着材１４とを備えている。
光ファイバ１１Ｂは、光ファイバ１１のクラッド部１１ｂをクラッド部１１Ｂｂに置き換えた構成を有する。光ファイバ１１Ｂは、クラッド部１１Ｂｂの長手方向における一部が太径化された太径部１１Ｂｂａを有する。太径部１１Ｂｂａは、クラッド径が、光ファイバ１１Ｂの端面１１Ｂｄにおいては太径部１１Ｂｂａ以外の部分と同じであり、たとえば１２５μｍである。太径部１１Ｂｂａは、端面１１Ｂｄから離間するにつれてクラッド径がテーパ状に拡径する部分と、クラッド径が一定の太径である部分と、端面１１Ｂｄから離間するにつれてクラッド径がテーパ状に縮径する部分とからなる。縮径した後のクラッド径はたとえば１２５μｍである。一定の太径の部分のクラッド径は１２５μｍより大きく、たとえば５００μｍである。
光吸収体１３Ｂは、光吸収体１３と同様に、光ファイバ１１Ｂが配置される挿通孔１３Ｂａと、挿通孔１３Ｂａと連通しており、エンドキャップ１２が配置される凹部１３ｂとを有する。挿通孔１３Ｂａの内径は、光ファイバ１１Ｂの太径部１１Ｂｂａのクラッド径に対応した大きさとされている。光吸収体１３Ｂは、クラッド部１１Ｂｂの太径部１１Ｂｂａにおいて固着材１４で固着される。
エンドキャップ１２には、図３に示すエンドキャップと同様に、図５では不図示の光処理材１２ｄが設けられている。
端部構造１０Ｂにおいても、端部構造１０や１０Ａと同様に、固着材１４や被覆１１ｃの損傷が抑制される。
さらに、端部構造１０Ｂでは、クラッドモードで伝搬したレーザ光（たとえば図２におけるレーザ光Ｌ１ｂ）が太径部１１Ｂｂａの外周面に到達し、漏洩して固着材１４を通過する際には、太径部１１Ｂｂａが無い場合よりも、レーザ光のパワー密度が低減される。その結果、固着材１４の損傷の発生をより一層抑制できる。
なお、本実施形態では、太径部１１Ｂｂａが光ファイバ１１の端面１１ｄから始まっているが、太径部１１Ｂｂａが端面１１ｄから離れていてもよい。また、本実施形態では、太径部１１Ｂｂａの両端がテーパ状になっているが、両端の少なくとも一方がステップ状になっていてもよい。
また、上記実施形態では、エンドキャップ１２、１２Ａは円柱形状と円錐台形状とを組み合わせた形状を有するが、エンドキャップの形状はこれには限定されず、たとえば直方体形状や円柱形状でもよい。
なお、上記実施形態では、赤外領域の波長のレーザ光を例に挙げたが、波長はこれに限定されない。例えば、緑色や青色のような短波長のレーザ光にあっては、固着材によるエネルギの吸収量が赤外領域の波長のレーザ光よりも大きく、本発明による効果がより顕著になる場合がある。
また、上記実施形態により本発明が限定されるものではない。上述した各構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。また、さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、上記の実施形態に限定されるものではなく、様々な変更が可能である。
本発明は、光ファイバおよび半導体レーザモジュールに利用することができる。
１０、１０Ａ、１０Ｂ 端部構造
１１、１１Ｂ 光ファイバ
１１ａ コア部
１１ｂ、１１Ｂｂ クラッド部
１１Ｂｂａ 太径部
１１ｃ 被覆
１１ｄ、１１Ｂｄ 端面
１２、１２Ａ エンドキャップ
１２ａ 出力部
１２ａａ 底面
１２ａｂ 側面
１２ｂ 入力部
１２ｂａ 円環面
１２ｂｂ 側面
１２ｂｃ 底面
１２ｃ ＡＲコーティング
１２ｄ、１２Ａｄ 光処理材
１３、１３Ａ、１３Ｂ 光吸収体
１３ａ、１３Ｂａ 挿通孔
１３ｂ 凹部
１３ｃ 注入孔
１４ 固着材
１００ 半導体レーザモジュール
１０１ パッケージ
１０２ ＬＤ高さ調整板
１０３－１～１０３－６ サブマウント
１０４－１～１０４－６ 半導体レーザ素子
１０５ リードピン
１０６－１～１０６－６ 第１レンズ
１０７－１～１０７－６ 第２レンズ
１０８－１～１０８－６ ミラー
１０９ 第３レンズ
１１０ 光フィルタ
１１１ 第４レンズ
１１２ 光ファイバ
１１３ ブーツ
１１４ ルースチューブ
Ｌ１、Ｌ１ａ、Ｌ１ｂ、Ｌ１ｃ レーザ光

Claims (9)

  1. コア部と、前記コア部の外周に形成されたクラッド部とを有する光ファイバと、
    前記光ファイバの端面に接合された、前記光ファイバの端面よりも面積が広い第１面と、前記第１面とは反対側に位置し、前記光ファイバの端面よりも面積が広い第２面とを有し、前記第２面から光が入力されるエンドキャップと、
    を備え、
    前記エンドキャップに入力された光には、前記光ファイバに結合しない成分が含まれ、
    前記第１面のうち、前記光ファイバの端面が接合された領域の周囲の円環状の領域に、前記光ファイバに結合しない成分を散乱または反射する光処理材が設けられていることを特徴とする光ファイバにおける端部構造。
  2. 前記エンドキャップは、
    前記第２面と、当該第２面に対して前記光ファイバ側に離れて位置した円環面と、を有するとともに、前記第２面と前記円環面との間で延びた円柱形状を有した入力部と、
    前記円環面の円環の内側から前記光ファイバに向けて先細り状に突出した円錐台形状を有するとともに、前記第１面と、前記円錐台形状の側面と、を有した出力部と、
    を有し、
    さらに、前記円環面および前記側面に、前記光ファイバに結合しない成分を散乱または反射する光処理材が設けられていることを特徴とする、請求項１に記載の光ファイバにおける端部構造。
  3. 前記光処理材は無機系接着剤、または光を反射する金属膜もしくは誘電体多層膜を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の光ファイバにおける端部構造。
  4. 前記光処理材は前記光を散乱させる樹脂剤を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の光ファイバにおける端部構造。
  5. 前記光ファイバの前記端面側の一部および前記エンドキャップの外周に配置され、少なくとも前記光ファイバを固定する光吸収体をさらに備えることを特徴とする請求項１～４のいずれか一つに記載の光ファイバにおける端部構造。
  6. 前記光ファイバと前記エンドキャップとは融着接続されていることを特徴とする請求項１～５のいずれか一つに記載の光ファイバにおける端部構造。
  7. 前記光ファイバは、前記クラッド部の長手方向における一部が太径化された太径部を有することを特徴とする請求項１～６のいずれか一つに記載の光ファイバにおける端部構造。
  8. 請求項１～７のいずれか一つに記載の光ファイバにおける端部構造と、
    レーザ光を出力する半導体レーザ素子と、
    前記レーザ光を集光して前記端部構造の前記エンドキャップの前記第２面に入力させる光学系と、
    を備えることを特徴とする半導体レーザモジュール。
  9. コア部と、前記コア部の外周に形成されたクラッド部とを有する光ファイバと、
    前記光ファイバの端面に接合された、前記光ファイバの端面よりも面積が広い第１面と、前記第１面とは反対側に位置し、前記光ファイバの端面よりも面積が広い第２面とを有し、前記第２面から光が入力されるエンドキャップと、
    を備え、
    前記エンドキャップに入力された光には、前記光ファイバに結合しない成分が含まれ、
    前記第１面のうち、前記光ファイバの端面が接合された領域の周囲の領域の少なくとも一部に、前記光ファイバに結合しない成分を散乱または反射する光処理材が設けられ、
    前記光ファイバの前記端面側の一部および前記エンドキャップの外周に配置され、少なくとも前記光ファイバを固定する光吸収体を備え、
    前記クラッド部と前記光吸収体との間に当該クラッド部および当該光吸収体に接した状態で介在する固着剤により、前記クラッド部と前記光吸収体とが固着されている、ことを特徴とする光ファイバにおける端部構造。
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